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Presentation Transcript
slide2
Tomografia Sísmica: O estudo do resíduo dos tempos de percursos

Algumas vezes os tempos de percurso das ondas sísmicas são maiores ou menores que os previstos por um modelo de referência. Essas diferenças, chamadas de resíduos, permitem estimar as posições de heterogeneidades no interior da Terra.

Como toda tomografia sísmica é realizada com base em um modelo de referência, o que estudamos são variações laterais de velocidade, de forma que:

Se o resíduo do tempo de percurso é negativo, o tempo de percurso observado é menor que o teórico, o que significa que a velocidade média da onda ao longo do raio sísmico foi maior que ô modelo re referência. Nos mapas de tomografia os resíduos negativos de tempo (velocidades maiores) são representado por cores frias, e as velocidades menores por cores quentes.

slide3
Modelo de Referência
  • Preliminary
  • Reference
  • Earth
  • Model
slide4
Velocidades das Ondas Sísmicas

As velocidades das sísmicas refletem as propriedades das rochas, que por sua vez dependem da composição química, temperatura, pressão, entre outros parâmetros.

Velocities Maiores

Velocities Menores

  • BaixaTemperatura
  • Alta Pressão
  • Fasessólidas
  • Alta Temperatura
  • BaixaPressão
  • FasesLíquidas
slide5

resíduo de tempo

-1s

região de velocidade alta

direção da onda P

slide6

-1

0 0

-1

slide7

-1

0 0

-1

-1

0 0

-1

-1

0 0

-1

-1

0 0

-1

Tomografia: vários modelos possíveis

qual o melhor modelo ?

Escolhe-se o mais simples (“menos estrutura”)

slide8

Sismômetros

Superfícieda Terra

slide10

Tomografia de Onda P

no Sudeste e Centro-Oeste

slide12
Tomografia do Manto Superior com Onda P (projeto BLSP, 1992-2004)
  • VanDecaret al. 1995
  • Schimmelet al. 2003
  • C. Escalante, 2002
  • M. Rocha,
  • 2003, 2007
  • ~90 estações, 10.000 leituras de P+PKP
slide13
Tomografia de onda P: chegadas RELATIVAS

chegada observada

mais atrasada

tempo teórico

menos atrasada

slide14
Grade de Pontos para Inversão: Muitos Pontos & "Poucos" Dados

~100.000 pontos

~10.000 leituras

Portanto diferentes modelos podem ajustar os dados!

Outras informações necessárias para inversão:

- modelo suave

slide15
Litosfera Sísmica: velocidade alta P e S

anomalia positiva

anomalia negativa

perfil de referência

slide16

profundidade

estação

craton

intrusões 85-60 Ma

intrusões 130-110 Ma

slide17

Anomalias de Velocidade Sísmica:

Temperaturaou Composição ?

- Anomalias altas (~5-10%) -> provavelmente temperatura

(e.g. zonas de subducção) ou água.

- Temperatura diminui velocidade das duas ondas, P e S

- Manto enriquecido em Fe (olivina, piroxênio):

-> baixas velocidades, alta densidade, e alta razão Vp/Vs

- Ca, Mg -> tende a aumentar Vp, Vs e diminuir Vp/Vs

slide18

Região SE do Brasil: evidências de efeito de maior temperatura nas anomalias de baixa velocidade.

- Anomalias das ondas P e S têm boa correlação;

- Alcalinas mais recentes estão perto de baixas velocidades,

- Fluxo geotérmico aumenta nas bordas da bacia do Paraná:

~45 mW/m2 no centro, ~55 mW/m2 nas bordas,

slide19

150 km

Baixa velocidade perto de províncias ígneas do Cretáceo Superior (intrusões alcalinas).

Rift do Atlântico 130 Ma

Intrusões 85-60 Ma: efeito da pluma de Trindade ?

Trindade plume (?)

slide20

Geoquímica

(Gibson et al., 1997)

Efeito da distribuição dos raios

Tomografia(BLSP)

slide21

Pluma de Trindade desviada pela raiz do cráton do São Francisco? (Thompson et al., 1998; Gibson et al., 1999)

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1300 km

Anomalias profundas com tendência NS.

Subducção da placa de Nazca ?

Densidade de raios

Nazca plate (?)

slide26

Detecção da placa de Nazca a 1300km ?

Schimmelet al. (2003): projeto BLSP, estações locais

Engdahlet al. (1995): ondas P, rede mundial (dados do ISC)

slide28

SISMICIDADE: epicentros não se correlacionam com feições da superfície: faixas de dobramento Brasilianas ou suturas não são zonas de fraqueza crustal.

slide29
Resultados Recentes de Tomografia com ondas P e S (Rocha, 2007)

Low velocities along the TransBrasiliano Lineament

S

P

highvelocities in cratonandbeneath Paraná basin

slide31

Atividade sísmica em áreas de velocidade baixa:

Litosfera fina concentra tensões!

slide32

lithosphere/asthenosphere limit?

Número de Sismos no perfil NW-SE (largura de ~100 km)

mag>3,5

Iporá

S.Mar/plat.

SFC

APIP

slide33
Sismicidade versus Tomografia versus Alcalinas

Modelo Geoquímico

Modelo Sismológico

Sismos, intrusões alcalinas

e tomografia

slide34
Modelo de variação de Vp com temperatura

Vp

Vp

Crosta

Litosfera

500oC

600oC

1300oC

150 km

1300oC

Astenosfera

Perfil médio de referência

slide35
Modelo proposto por Assumpção et al. (2009)

Litosfera mais fina é mais quente e portanto mais fraca: não suporta grandes tensões intraplaca.

Resistência da litosfera (máxima tensão possível)

crosta

0

150

300 MPa

500oC

1000oC

0

T

manto

slide36
Modelo proposto por Assumpção et al. (2009)

Litosfera mais fina e mais quente é mais fraca: tensões intraplaca concentram-se na crosta superior

crosta

manto

Vp alto

frio

resistente

Vp baixo

quente

fraca

litosfera/ astenosfera

1300oC

slide37
Conclusões com a tomografia de onda P no Sudeste do Brasil

1) Litosfera mais fina no Arco Magmático de Goiás, na Província Ígnea do Alto Paranaíba (APIP), e na bacia do Pantanal.

2) Litosfera mais espessa no sul do cráton do São Francisco, sul de Goiás, e núcleo cratônico(?) da bacia do Paraná.

3) Afinamentos da litosfera pode explicar sismicidade. Sismos são superficiais mas as causas são profundas!

slide39

superfície

P

P

S

Superfície

S

slide40

T=100s

T=20s

Vs

Tomografia de Ondas de Superfície

Velocidade da onda Rayleigh depende da estrutura de velocidade S da crosta e manto

slide41
Estudos anteriores (Vs a 100 km)

Carnegie-ETH 1999

Montpellier 2001

Alta velocidade nos crátons

resolução lateral: 700-1000km ~300 a 500 km

slide42

Tomografia global, (Univ. Colorado):

Poucas estações na América do Sul (resolução baixa).

100 km

slide43
Projeto BLSP02 (estações no Norte e Nordeste)

Colaboradores: UnB, UFRN, IPT, UFMS, UFRA, CPRM, CVRD, DeBeers, RTDM, AngloGold.

~6000 percursos analisados com velocidade de grupo da onda Rayleigh

slide44

T=20s

Vs

Tomografia 2D (Velocidade da onda Rayleigh com Período de 20s)

Baixas velocidades nos Andes (crosta espessa) e bacias sedimentares.

slide45
Tomografia 2D (Velocidade da onda Rayleigh com Período de 100s)

Baixas velocidades nos Andes (astenosfera). Altas velocidades nos crátons.

T=100s

Vs

slide46

Inversão de

forma de onda

Modelagem do sismograma

Obtém-se modelos 1D médios entre

cada epicentro e estação

slide48
Velocidades S na base da litosfera (100 km)

A= blocos mais antigos -> litosfera mais espessa.

Velocidade de grupo + forma de onda

slide50

Peru

Bolívia

astenosfera

slide51

Resolução

Vs a 150 km

slide52

B 2.2 – 1.95 Ga

A > 2.3 Ga

C 1.95 – 1.8 Ga

D 1.8 – 1.55 Ga

Amazonian

Craton: geochronological provinces

Guyana shield

Tassinari &

Macambira,1999

Guaporé shield

slide53

crosta mais antiga

Resolução

Vs a 200 km

slide54

150 km

Guaporé shield

NW

SE

Guyana shield

S.Francisco craton

slide55
Considerações finais sobre a Tomografia de ondas Rayleigh

1) Maiores espessuras da litosfera na parte leste do cráton Amazônico e na parte sul do cráton do São Francisco.

2) Possível núcleo cratônico na bacia do Paraná e Bacia do Parnaíba (?)

3) Baixas velocidades a 200-300km sob a região do Pantanal.

slide58

Vs 100 km

Resultado

Como avaliar a possibilidade de erros numéricos e a resolução dos dados?

slide60
Ondas de corpo versus Ondas superfície

Vantagens versus Desvantagens

slide65

150km

100km

Global tomography (Univ. Colorado)

Few stations in South America, very long paths

-> low resolution (does not isolate Amazon craton

Note low-velocities beneath the Chaco/Pantanal basins.

250km

200km

Upper Mantle Shear Velocity Model

N.Shapiro

Univ.Colorado

SDT (diffraction tomography model).

slide66
Tomografia com Ondas de Superfície (Vs a 100 km de profundidade)

Altas velocidades no Craton do Amazonas

Fenget al. 2005

Heintz et al. 2005

Resolução Lateral : 700 - 1000km 300 - 500 km

T > 40s, percursos longos T > 15s, percursos curtos

slide67
Tomografia com Ondas de Superfície (Heintz et al., 2005)

Note as baixas velocidades sob as bacias Chaco/Pantanal.

%

slide68

Vs 100 km

Separatehigh-velocityblock in SouthernS.Francisco craton.

Joint inversion results:

Generally high velocities

In the Amazon craton.

No clear separation between the Guyana and Guaporé shields.

Possible cratonic block beneath the Paraná basin?

slide69

Vs 150 km

resolution 300-600km

thickest lithosphere

in oldest block A

TransBrasilian Lineament:

generally low velocities or

limits high velocity blocks.

slide70

Vs 200 km

oldestrocks

resolution 500-800km

2.9-3.0 Ga

granitoids/greenstones

Carajás Iron Province